张明兴
【摘 要】通过对某发动机缸体缸套结构的分析，确定缸孔珩磨直径差超差主要是因为珩磨力大导致加工变形所致。为降低加工变形开展加工参数、珩磨条、珩磨头和切削液等试验的改进工作，查出主要原因是，珩磨油极压性差导致珩磨条熔焊黏附铸铁屑过多，降低了金刚石磨粒的切削性。通过改珩磨油为珩磨液最终解决了加工变形和加工效率的问题。
【期刊名称】《汽车制造业》
【年(卷),期】2017(000)019
【总页数】4页(P46-49)
【关键词】珩磨条 超差 直径 缸孔 加工变形 发动机缸体 金刚石磨粒 加工参数
【作 者】张明兴
【作者单位】神龙汽车有限公司
【正文语种】中 文
【中图分类】TG506
通过对某发动机缸体缸套结构的分析，确定缸孔珩磨直径差超差主要是因为珩磨力大导致加工变形所致。为降低加工变形开展加工参数、珩磨条、珩磨头和切削液等试验的改进工作，查出主要原因是，珩磨油极压性差导致珩磨条熔焊黏附铸铁屑过多，降低了金刚石磨粒的切削性。通过改珩磨油为珩磨液最终解决了加工变形和加工效率的问题。
作为发动机的核心部位，缸体缸孔的质量严重影响着发动机的性能。缸孔圆柱度是发动机的关键质量指标之一。
在我公司，EC系列发动机采用直径差和圆柱度的方式来控制缸孔的形状误差，要求缸孔直径差φV-φY和φX-φZ在上、下截面小于12 μm，在中间截面小于21 μm，圆柱度为15 μm。为控制缸孔直径、直径差及圆柱度，我公司采用全闭环控制数控珩磨机加工，带珩后自动测量工位，对珩磨的缸孔进行100%的直径测量以保证加工质量。
EC系列发动机为4缸直列发动机，缸体为铸铁材料，如图1所示。在缸孔珩磨加工过程中极
易出现部分零件局部直径差超差的情况，超差主要集中在2、3号缸孔的中间截面，其他的截面没有出现直径差不合格情况。此外，有些零件在珩磨工序测量是合格的，但到下线前最终检测缸孔直径进行装配分级时，发现部分缸体局部直径差超差，这种随机出现的直径差超差问题一直困扰着生产。
缸孔精镗后珩磨，采用数控珩磨机和金刚石珩磨条；切削液为珩磨油HFN 5LE，由切削油集中过滤供液系统供油，该系统除供本生产线5台设备外还供其他生产线设备。
采用的数控珩磨机分为4个工位，珩前自动塞规检查、粗珩、精珩和自动测量（气动测量，测量4个方向，3个截面的直径，计算直径差、平均值，通过绿、黄和红3文字区分测量结果在合格区、监控区和超差区）。珩磨机为数控全闭环控制，具有自动测量和自动补偿、自动修正锥度功能，按照程序控制采用多组珩磨工艺参数珩磨零件。
珩磨加工过程为：珩磨头进入缸孔，快速膨胀到一定位置，开始往复运动，中速膨胀接近零件，再定速膨胀工进；如果珩磨力矩达到设定的上限，膨胀停止，继续珩磨，力矩降到设定的最小值后，继续定速膨胀，直至珩磨到设定的尺寸；最后进行平顶珩，完成珩磨加工。
发动机缸通过对直径差超差零件的测量分析，900、903缸孔直径差小于0.01 mm，901、902缸孔上下两截面直径差也小于0.01 mm，但中间截面的直径差φV-φY值大且散差大，有些超过0.021 mm，设备测量超差报警；直径差φX-φZ值较大，但没有超差。因4个缸孔都是采用同一个珩磨工艺参数和珩磨头加工的，即加工工艺完全一致。对珩前零件检查，零件圆度为0.005 mm，尺寸合格，质量良好。由此可见，直径差主要是零件珩磨加工变形造成的。
对于珩磨合格的零件，在经过其他工序后到终检分级时，发现有部分零件的901、902缸孔中间截面存在超差情况。同时，检查测量检具都合格，说明测量没有问题。采用同一检具对不同时间点的缸孔直径进行检查，发现缸孔确实存在逐渐释放的变形，经过两个小时后变形基本稳定。这种变形实质为珩磨残余应力释放造成的变形，是有规律的朝直径差恶化的方向变化，通常变大范围为0.003～0.01 mm，导致终检时零件不合格。
温度对直径存在一定的影响，珩磨油温度控制在20±5℃，厂房也有一定的温差。这些温差对直径差有多大的影响，我们进行了实验研究。把零件放到加热的清洗液中浸泡到45 ℃，然后测量。随着时间的变化，零件逐渐冷却，测量零件温度由45 ℃变到18 ℃，缸孔直径及直径差的变化随着温度的降低，直径在变小，但直径差变化很小，仅0.002 mm。因加工过程中温度的变化远小于我们试验的温差，所以温度变化对直径差的影响可以忽略。
通过缸体结构图（见图1）和缸体中间部位剖视图（见图2），展开对缸体缸孔的结构分析。
缸套上下截面都与缸体相连，且刚性较好；缸套周围是水套，缸套之间相连，相连部位最小壁厚为5.5 mm，是缸孔较薄的地方，降低了缸套Y方向刚性；因缸套互相连接，相连部相当于一个支撑，大大增强了V方向的刚性。901、902缸套是处于中间部位，两侧面都是与其他缸套连接的，所以他们中间部位V方向刚性最强，Y方向刚性最差，差异最为突出。珩磨时，较大的径向力（膨胀力）会造成缸套刚性差的部位变形，当完成珩磨后，珩磨头收缩，膨胀力消失，缸套弹性变形恢复，造成直径的变化。实际测量发现901、902缸套中间部位一直是φV大于φY，因存在应力释放，随着时间的变化，φY在继续缩小，φV在继续变大，使直径差更大。理论分析和实际吻合。所以，外侧支撑的有无和缸套壁厚不均，造成了缸套不同部位、不同方向刚性差异较大，它是造成直径差超差的内在结构固有的不利因素。产品设计时把中间部位直径差放大，可能也是考虑到该变形因素。缸套的难加工结构使其对珩磨力十分敏感，所以降低珩磨力是解决问题的关键。
珩磨工具是属于自锐自修整工具，发动机缸体的珩磨大都采用金刚石珩磨条，优点是寿命长、加工质量稳定；因采用金属结合剂，珩磨条强度高，可以实现高效珩磨。对于珩磨头，
除新换上珩磨条需要修磨保证磨头的圆柱度较好外，使用过程中不再修磨，通过磨料自脱粒保证其切削刃的锐利和磨头的圆柱度。
金刚石珩磨条珩磨，主要依靠凸出金属结合剂基体的金刚石磨粒，对金属表面进行加工。从微观上探讨，一个磨粒就是一个刀刃，珩磨条就是由这一个个刀刃组成的刀具，刀刃的切削状况决定着珩磨条的加工性能。磨粒棱角锐利，磨粒凸出铜合金基体，磨粒棱角磨损后能及时的脱粒让位于新的磨粒，这是保证较好磨削的基础。磨粒不锐利或被积屑瘤包裹，则不能很好地参与切削，就会造成切削效率低、切削力大等加工问题。磨粒的大小、磨粒的单位体积的数量（浓度）都对切削效率和切削力有很大的影响，保证较高的珩磨效率，对大量生产模式的发动机行业来说是必须的，它严重影响制造成本，同时磨料的粒度对珩磨表面质量影响巨大，受质量的限制，精珩磨磨料粒度选择首先考虑质量，其次考虑效率，在保证质量的前提下，尽量大些。磨粒浓度，对表面质量和效率有很大的影响，如Ar要求就靠它保证，但浓度高，珩磨条成本高，所以珩磨条的选择是一个多目标的优化，在保证质量和效率的条件下，有一个合适的寿命才是经济可行的。
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